[ad_1]

Когда две нейтронные звезды закручиваются друг в друга и сливаются, образуя черную дыру — событие, зарегистрированное в 2017 году детекторами гравитационных волн и телескопами по всему миру — становится ли она сразу черной дырой?
Или требуется некоторое время, чтобы раскрутиться, прежде чем гравитационно схлопнуться за горизонт событий в черную дыру?
Текущие наблюдения за этим слиянием в 2017 году с помощью рентгеновской обсерватории Чандра, орбитального телескопа, предполагают последнее: слившийся объект застрял, вероятно, всего на секунду, прежде чем подвергнуться окончательному коллапсу.
Доказательством является рентгеновское послесвечение от слияния, получившее название GW170817, которого нельзя было бы ожидать, если бы слившиеся нейтронные звезды немедленно коллапсировали в черную дыру.
Послесвечение можно объяснить отскоком вещества от слившихся нейтронных звезд, которое прорывается сквозь материал вокруг двойных нейтронных звезд и нагревает их.
Этот горячий материал поддерживает постоянное свечение остатка более четырех лет после того, как слияние выбросило материал наружу в виде так называемой килоновой.
Рентгеновское излучение струи материала, обнаруженной Чандрой вскоре после слияния, в противном случае к настоящему времени потускнело бы.
В то время как избыточное рентгеновское излучение, наблюдаемое «Чандрой», может исходить от обломков аккреционного диска, вращающихся вокруг и в конечном итоге падающих в черную дыру, астрофизик Раффаэлла Маргутти из Калифорнийского университета в Беркли поддерживает гипотезу отсроченного коллапса, которая предсказана теоретически.
«Если бы слившиеся нейтронные звезды коллапсировали прямо в черную дыру без промежуточной стадии, было бы очень трудно объяснить этот избыток рентгеновского излучения, который мы наблюдаем прямо сейчас, потому что не было бы твердой поверхности, от которой могло бы отскакивать вещество и лететь с высокой скоростью, чтобы создать это послесвечение», — сказал Маргутти, доцент кафедры астрономии и физики Калифорнийского университета в Беркли.
«Он просто упадет. Готово. Истинная причина моего научного возбуждения — это возможность того, что мы видим нечто большее, чем реактивный самолет. Наконец-то мы можем получить некоторую информацию о новом компактном объекте».
Маргутти и ее коллеги, в том числе первый автор Апраджита Хаджела, которая была аспиранткой Маргутти, когда она училась в Северо-Западном университете до переезда в Калифорнийский университет в Беркли, сообщают о своем анализе рентгеновского послесвечения в статье, недавно принятой к публикации в The Astrophysical Journal Letters.
Гравитационные волны от слияния были впервые обнаружены 17 августа 2017 года усовершенствованной лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерваторией (LIGO) и коллаборацией Virgo. Спутниковые и наземные телескопы быстро зафиксировали всплеск гамма-излучения, а также излучения в видимом и инфракрасном диапазонах, которые вместе подтвердили теорию о том, что многие тяжелые элементы образуются в результате таких слияний внутри горячих выбросов, которые производят яркую килонову.
Килонова светится из-за света, излучаемого при распаде радиоактивных элементов, таких как платина и золото, образующихся при слиянии обломков.
Чандра также повернулся, чтобы наблюдать GW170817, но не видел рентгеновских лучей до девяти дней спустя, что позволяет предположить, что слияние также произвело узкую струю материала, которая при столкновении с материалом вокруг нейтронных звезд испустила конус рентгеновских лучей. который изначально пропустил Землю. Только позже головная часть струи расширилась и начала испускать рентгеновские лучи в виде более широкой струи, видимой с Земли.
Рентгеновское излучение струи увеличивалось в течение 160 дней после слияния, после чего оно неуклонно становилось все слабее по мере замедления и расширения струи. Но Хаджела и ее команда заметили, что с марта 2020 года — примерно через 900 дней после слияния — до конца 2020 года спад прекратился, а рентгеновские выбросы оставались примерно постоянными по яркости.
«Тот факт, что рентгеновские лучи перестали быстро исчезать, был нашим лучшим доказательством того, что в этом источнике в рентгеновских лучах обнаруживается что-то помимо струи», — сказал Маргутти. «Кажется, для объяснения того, что мы видим, необходим совершенно другой источник рентгеновских лучей».
Исследователи предполагают, что избыточное рентгеновское излучение создается ударной волной, отличной от струй, возникающих при слиянии. Этот удар был результатом замедленного коллапса слившихся нейтронных звезд, вероятно, потому, что его быстрое вращение очень кратко противодействовало гравитационному коллапсу.
Задержавшись на лишнюю секунду, материал вокруг нейтронных звезд получил дополнительный отскок, который произвел очень быстрый хвост выброса килоновой, который создал ударную волну.
«Мы думаем, что послесвечение килоновой производится ударным материалом в циркумбинарной среде», — сказал Маргутти.
«Это вещество, которое находилось в окружении двух нейтронных звезд, было потрясено и нагрето самым быстрым краем выброса килоновой, который приводит в движение ударную волну».
По ее словам, излучение достигает нас только сейчас, потому что для торможения тяжелого выброса килоновой в среде с низкой плотностью и для преобразования кинетической энергии выброса в тепло ударами потребовалось время.
Это тот же процесс, который производит радио- и рентгеновские лучи для струи, но поскольку струя намного, намного легче, она немедленно замедляется окружающей средой и светится в рентгеновском и радиоизлучении с самых ранних времен.
Исследователи отмечают, что альтернативное объяснение состоит в том, что рентгеновские лучи исходят от материала, падающего на черную дыру, образовавшуюся после слияния нейтронных звезд.
«Это будет либо первый раз, когда мы наблюдаем послесвечение килоновой, либо первый раз, когда мы наблюдаем падение материала на черную дыру после слияния нейтронных звезд», — сказал соавтор Джо Брайт, постдокторский исследователь Калифорнийского университета в Беркли. «Любой исход был бы чрезвычайно захватывающим».
Сейчас Чандра — единственная обсерватория, способная обнаружить свет от этого космического столкновения. Однако последующие наблюдения Чандры и радиотелескопов позволили различить альтернативные объяснения.
Если это послесвечение килоновой, ожидается, что радиоизлучение будет снова обнаружено в ближайшие несколько месяцев или лет. Если рентгеновские лучи создаются веществом, падающим на только что образовавшуюся черную дыру, то выход рентгеновского излучения должен оставаться постоянным или быстро снижаться, и с течением времени не будет обнаружено никакого радиоизлучения.
Маргутти надеется, что LIGO, Virgo и другие телескопы будут захватывать гравитационные и электромагнитные волны от большего количества слияний нейтронных звезд, чтобы можно было более точно определить серию событий, предшествующих и следующих за слиянием, и помочь раскрыть физику образования черных дыр. До тех пор GW170817 — единственный пример, доступный для изучения.
«Дальнейшее изучение GW170817 может иметь далеко идущие последствия», — сказала соавтор исследования Кейт Александер, научный сотрудник Северо-Западного университета.
«Обнаружение послесвечения килоновой означает, что слияние не привело к немедленному образованию черной дыры. В качестве альтернативы этот объект может дать астрономам возможность изучить, как материя падает на черную дыру через несколько лет после ее рождения».
Автор Роберт Сандерс.
[ad_2]
Source